میکروسکوپی نور قطبی شده پیشرفت کریستالوگرافی علوم مواد

تصور کنید که از طریق عینک میکروسکوپ نگاه می کنید تا تصاویر ثابت را کشف نکنید، بلکه یک دنیای پویا و کالیدوسکوپی را که نمونه ها برای نشان دادن رنگ های درخشان به گردش می آیند.اين جادويي نيست، اين قلمرو شگفت انگيز مايکروسکوپي نور قطبي شده ستفراتر از شکوه بصری خود، این تکنیک قدرتمند به محققان ابزار ارزشمندی برای مطالعه مواد دوقطعه و تجزیه و تحلیل اطلاعات کریستالوگرافی ارائه می دهد.

میکروسکوپ های نوری قطبی شده، همانطور که از نام خود نشان می دهد، از نور قطبی شده برای بررسی نمونه ها استفاده می کنند. بر خلاف میکروسکوپ های نوری معمولی، آنها شامل دو جزء مهم هستند:قطب کش و تحلیلگرقطبی کننده نور معمولی را به نور قطبی تبدیل می کند و تنها امواج نوری را که در یک جهت خاص ارتعاش می کنند اجازه می دهد که از طریق آن عبور کنند.جهت قطبی شدن آن عمودی به قطبی کننده است، ایجاد چیزی که به عنوان "قطبی شدن متقاطع" شناخته می شود.

هنگامی که نور از یک نمونه ایزوتروپ (مانند شیشه یا مایعات) عبور می کند ، مستقیماً از آن عبور می کند. از آنجا که تحلیلگر این نور قطبی را مسدود می کند ، دید تاریک به نظر می رسد.مواد آنیزوتروپ (مانند کریستال ها)این مواد دوقطب کننده نور قطبی را به دو جزء عمودی تقسیم می کنند که با سرعت های مختلف حرکت می کنند.ایجاد تفاوت مسیر نوری (OPD).

هنگامی که این اجزای به تحلیلگر می رسند، تنها بخش هایی که در جهت هم تراکم دارند می توانند از آن عبور کنند، که منجر به تداخل می شود.تداخل سازنده (وقتی OPD برابر با چند برابر طول موج کامل است) رنگ های روشن تولید می کنددر حالی که تداخل مخرب (کثره های نیمه طول موج) مناطق تاریک را ایجاد می کند. این پدیده "رنگ های تداخل" پر جنب و جوش را که ویژگی میکروسکوپی قطبی است ایجاد می کند.

درک میکروسکوپی قطبی نیاز به آشنایی با اجزای کلیدی آن دارد:

1. منبع نور:معمولاً لامپ های هالوجنی یا ال ای دی که نوردهی پایدار را فراهم می کنند
2. تهویه کننده:تمرکز نور بر روی نمونه ها، اغلب دارای دیافراگم قابل تنظیم برای کنترل کنتراست
3. قطب نما:نور را به امواج قطبی تبدیل می کند، گاهی اوقات برای تنظیم جهت قابل چرخش است
4. مرحله چرخش:نمونه ها را نگه می دارد در حالی که اجازه می دهد مطالعات جهت گیری را انجام دهد، که نیاز به مرکز دقیق دارد
5. اهداف:لنز های خاص بدون استرس از تداخل نوری میکروسکوپ جلوگیری می کنند
6. تحلیلگر:موقعیت بالای اهداف، قابل برداشتن برای تغییر بین دید قطبی و عادی
7. لنز برتراند:قطعه اختیاری برای بررسی الگوهای تداخل در خط کانونی عقب
8. جبران کننده ها:عناصر شناخته شده دو شکاف (مانند صفحات گچ یا میکا) برای اندازه گیری OPD نمونه
9. عینک:مرحله بزرگنمایی نهایی برای مشاهده ناظر

دو شکاف، پایه ی مشاهدات میکروسکوپی قطبی را تشکیل می دهد.آن را به اجزای عمودی که با سرعت های مختلف حرکت می کنند تقسیم می کند، آهسته تر "محور آهسته" (معدل کسر بالاتر) و سریع تر "محور سریع" (معدل کسر پایین تر)مقدار دو شکاف (Δn) برابر با تفاوت شاخص شکاف آنهاست:

. نه -. نه -

تفاوت مسیر نوری (OPD) هم به دو شکاف و هم به ضخامت نمونه (t) بستگی دارد:

OPD = Δn × t

رنگ های تداخل حاصل با OPD از طریق نمودار رنگ تداخل میشل-لیوی ارتباط برقرار می کنند، که امکان برآورد خواص مواد را فراهم می کند.

میکروسکوپی قطبی شده در زمینه های مختلف استفاده می شود:

• معدن شناسی:شناسایی مواد معدنی از طریق رنگ های قطبی، زاویه های انقراض و ارقام تداخل، کمک به مطالعات زمین شناسی
• علوم مواد:بررسی پلیمرها، کریستال های مایع، سرامیک ها و فلزات، نشان دهنده ساختارهای کریستالی و توزیع استرس
• بيولوژي:ساختارهای بیولوژیکی دوقطبی مانند کلاژن، فیبرهای عضلانی و اجزای سلولی را بررسی می کند
• شیمی:خالصیت کریستال، فرایندهای رشد و ترکیبات دارویی را تحلیل می کند
• پزشکي:شواهد ردیابی مانند فیبر، مو یا ذرات خاک را برای اهداف تحقیقاتی مقایسه می کند

میکروسکوپی قطبی مطلوب نیاز به روش دقیق دارد:

آماده سازی نمونه:قطعات نازک و یکنواخت مانع از تداخل بیش از حد OPD می شوند. نمونه های معدنی نیاز به نازک شدن دقیق دارند، در حالی که نمونه های بیولوژیکی اغلب نیاز به تثبیت و رنگ آمیزی دارند.

جهت گیری نوری:تنظیم مناسب نور شامل تنظیم منابع نور، دیافراگم های تهویه کننده و اطمینان از ارتگونالی قطبی کننده و تحلیلگر کامل است.

چرخش نمونه:مشاهده زاویه های انقراض (وقتی نمونه ها با قطبی کننده ها هماهنگ می شوند و تاریک به نظر می رسند) جهت گیری های کریستالوگرافی را نشان می دهد.

استفاده از تعویض کننده:این عناصر کالیبر شده با مقایسه رنگ های تداخل نمونه با استانداردهای شناخته شده به کمیت OPD کمک می کنند.

مستندات تصویر:ثبت باید شامل بزرگنمایی، تنظیمات قطبی کننده، جزئیات جبران کننده و کالیبراسیون مناسب نوردهی باشد.

در حالی که میکروسکوپی قطبی قدرتمند محدودیت هایی دارد، فقط با مواد دوقطبی کار می کند و کیفیت تصویر به آماده سازی نمونه و تراز نوری بستگی دارد.تحولات نوظهور به منظور غلبه بر این محدودیت ها از طریق:

• اتوماسیون:سیستم های کنترل شده توسط کامپیوتر با پردازش تصویر پیشرفته
• رزولوشن بهبود يافته:اپتیک های جدید و آشکارسازان برای مشاهده دقیق تر
• ادغام چند روشی:ترکیب با میکروسکوپی فلورسنت، کنفوکال یا نیروی اتمی
• تصویربرداری سه بعدی:تکنیک های توموگرافیک برای تجزیه و تحلیل نمونه های حجمی

همانطور که نوآوری های تکنولوژیکی ادامه می یابد، میکروسکوپی نور قطبی شده بدون شک نقش خود را به عنوان یک ابزار علمی ضروری در رشته های مختلف گسترش می دهد.